【正文】 鍋 爐 水 處 理 技 術(shù) 培 訓 資 料 （ 2020 年度） 北京化新通達清洗技術(shù)有限責任公司 二零一二年四月 目 錄 第一章 結(jié)垢及腐蝕的形成與危害 1 第二章 鍋爐水處理概述 6 第三章 供暖工藝及類型 10 第四章 BF30Ａ 熱水鍋爐防腐阻垢技術(shù) 16 第五章 零排污蒸汽發(fā)生技術(shù) 21 第六章 經(jīng)濟分析及相關(guān)成本計算 26 第七章 附錄 30 1 第一章 結(jié)垢及腐蝕 的形成與 危害 、 鍋爐結(jié)垢的原因 含有硬度的水若不經(jīng)過處理就進入鍋爐，運行一段時間后，鍋爐水側(cè)受熱面上就會牢固地附著一些固體沉積物，這種現(xiàn)象稱為結(jié)垢。受熱面上黏附著的固體沉積物 就稱為水垢。在一定條件下，固體沉淀物也會在鍋水中析出，呈松散的懸浮狀，稱為水渣。水渣可隨排污除去，但如果排污不及時，部分水渣也會在受熱面上或水流流動滯緩的部位沉積下來而轉(zhuǎn)化成水垢 (通常稱之為“二次水垢” )。 鍋爐結(jié)垢的原因，首先是給水中含有鈣鎂硬度或鐵離子，硅含量過高；同時又由于鍋爐的高溫高壓特殊條件。水垢形成的主要過程為： 1） 受熱分解 在高溫高壓下，原來溶于水的某些鈣、鎂鹽類 (如碳酸氫鹽 )受熱分解，變成難溶物質(zhì)而析出沉淀。 2） 溶解度降低 在高溫高壓下，有些鹽類 (如硫酸鈣、硅酸鹽等 )物 質(zhì)的溶解度隨溫度升高而大大降低，達到一定程度后，便會析出沉淀。 3） 鍋水蒸發(fā)、濃縮 在高溫高壓下，鍋水中鹽類物質(zhì)的濃度將隨蒸發(fā)濃縮而不斷增大，當達到過飽和時，就會在受熱面上析出沉淀。 4） 相互反應及轉(zhuǎn)化 給水中原來溶解度較大的鹽類，在運行中與其他鹽類相互反應，生成了難溶的沉淀物質(zhì)。如果反應在受熱面上發(fā)生，就直接形成了水垢；如果反應在鍋水中發(fā)生，則形成水渣。而水渣中有些是具有黏性的，當未被及時排污除去時，就會轉(zhuǎn)化成水垢。另外，有些腐蝕產(chǎn)物附著在受熱面上，也往往易轉(zhuǎn)化成金屬氧化物水垢。 上 述這些析出的沉淀物質(zhì)黏結(jié)在鍋爐受熱面上就形成了水垢，溫度越高的部位，越易形成堅硬的水垢。 水垢的危害 水垢的導熱性很差，其導熱系數(shù)要比鍋爐鋼板的導熱系數(shù)小幾十倍至數(shù)百倍， 2 所以鍋爐結(jié)垢后就會嚴重阻礙傳熱并引起下列危害： 1） 浪費燃料，降低出力 鍋爐結(jié)垢后將嚴重影響受熱面?zhèn)鳠幔档蜔嵝?，降低蒸汽出力，增加燃料消耗。根?jù)測定，水垢厚度與浪費燃料的關(guān)系見 下 表 1。 水垢厚度 (mm) 1 3 5 8 浪費燃料 (％ ) 2 3～ 5 6～ 10 15 35 表 1 水垢厚度與浪 費燃料的關(guān)系 不同水垢的導熱效率見表 2 介質(zhì)類別 導熱系數(shù) W/(mK) 軟鋼 碳酸鹽水垢 硫酸鹽水垢 硅酸鹽水垢 氧化鐵垢 含油水垢 水 表 2 不同水垢的導熱效率 2） 易引起事故，影響安全運行 受熱面結(jié)生水垢后，金屬的熱量由于受水垢的阻礙而難于傳熱給鍋水，致使金屬壁溫急劇升高，當溫度超過了金屬所能承受的允許溫度時，金屬強度顯著降低，從而導致金 屬過熱變形，嚴重時將造成鼓包、裂縫，甚至爆管等事故。 3） 堵塞管道，破壞水循環(huán) 如果水管內(nèi)結(jié)垢，就會減小流通截面積，增大水的流動阻力，破壞正常的水循環(huán)，嚴重時還會完全堵塞管道，或造成爆管事故。 4） 引起垢下腐蝕，縮短鍋爐壽命 鍋爐結(jié)垢后還會引起垢下腐蝕等危害。有些結(jié)構(gòu)緊湊或結(jié)構(gòu)復雜的鍋爐，一旦受熱面結(jié)垢，就極難清除，嚴重時只好采用挖補、割換管子等修理措施，不但費用大，而且還會使受熱面受到嚴重損傷。所有上述這些危害都將大大縮短鍋爐的使用壽命。 另外，鍋爐結(jié)垢后，將增加清洗和維修的時間 、費用及工作量等，影響生產(chǎn)，減小鍋爐的有效利用率，降低經(jīng)濟性。 水垢的清除 鍋爐應以積極的防垢、防腐為本。但當鍋爐結(jié)垢或腐蝕沉積物達到一定程度時，也應及時清洗除去，以免對鍋爐安全運行帶來隱患。 清洗除垢的方法主要分為機械除垢和化學清洗兩大類，其中化學清洗又可分為堿煮除垢和酸洗除垢?，F(xiàn)將鍋爐除垢的方法和要求簡要介紹如下： 1） 機械除垢 主要采用電動洗管器、扁鏟、鋼絲刷及手錘等工具進行機械除垢。此法比較簡單，成本低，但勞動強度大，除垢效果差，易損壞金屬表面，只適用于結(jié)垢面積小， 且構(gòu)造簡單，便于機械工具接觸到水垢的小型鍋爐。近年來，由于清洗專用的高壓水槍的應用，使水力沖洗的機械除垢發(fā)展較快，這種高壓水力除垢的效果較使用原始的機械工具有很大的提高，且較為安全、方便。但 目前高壓水力除垢仍僅限于結(jié)構(gòu)較簡單的工業(yè)鍋爐。 2） 堿洗 (煮 )除垢 3 鍋爐堿煮的作用主要是使水垢轉(zhuǎn)型，同時促使其松動脫落。單純的堿煮除垢效果較差，常常需與機械除垢配合進行。堿煮除垢對于以硫酸鹽、硅酸鹽為主的水垢有一定的效果，但對于碳酸鹽水垢，則遠不如酸洗除垢效果好。堿洗煮爐也常用于新安裝鍋爐的除銹和除油污，有 時也用于酸洗前的除油清洗或垢型轉(zhuǎn)化。 堿洗藥劑用量應根據(jù)鍋爐結(jié)垢及臟污的程度來確定。一般用于除垢時的用量(每噸水的用量 )為：工業(yè)磷酸三鈉 5～ 10kg，碳酸鈉 3～ 6kg，或氫氧化鈉 2～ 4kg。這些堿洗藥劑應先在溶液箱中配制成一定濃度，然后再用泵送人鍋內(nèi)，并循環(huán)至均勻。 堿煮除垢的方法與新鍋爐煮爐基本相同，只是煮爐結(jié)束后，應打開鍋爐的各檢查孔，及時加以機械 (或高壓水力 )輔助清垢，以免松軟的水垢重新變硬。 3） 酸洗除垢 目前在各種除垢方法中，以酸洗除垢效果較好，但酸洗工藝若不合適或控制不當 也會影響除垢效果或腐蝕金屬，有時甚至會嚴重影響鍋爐的安全運行。為了確保鍋爐酸洗的安全和質(zhì)量，國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局專門制定頒發(fā)了《鍋爐化學清洗規(guī)則》，并規(guī)定：從事鍋爐化學清洗的單位必須取得省級及省級以上鍋爐壓力容器安全監(jiān)察機構(gòu)的資格認可，才能承擔相應級別的鍋爐化學清洗。無相應資格的任何單位和個人 (包括用爐單位 )，都不得擅自酸洗鍋爐。 鍋爐在酸洗前應預先取有代表性的垢樣進行化驗，制定清洗方案；進酸開始時須在鍋爐內(nèi)和酸箱內(nèi)掛入腐蝕指標片 (直到退酸時取出 )；酸洗工藝流程及酸洗液的溫度、濃度、流速、酸洗時間等應按 清洗方案實施和控制；清洗過程中應不斷取樣化驗并如實作好記錄。清洗結(jié)束后，用爐單位、清洗單位和鍋爐安全監(jiān)察部門應對清洗質(zhì)量進行驗收。工業(yè)鍋爐的酸洗質(zhì)量要求如下： (1)除垢率 清洗以碳酸鹽垢為主的水垢，除垢面積應達到原水垢覆蓋面積的 80％以上。 清洗硅酸鹽或硫酸鹽水垢，除垢面積應達到原水垢覆蓋面積的 60％以上。 如除垢率低于上述規(guī)定，或雖達到規(guī)定要求但鍋爐主要受熱面上仍覆蓋有難以清理的水垢時，應在維持鍋水堿度達到水質(zhì)標準上限值的條件下，將鍋爐運行一個月左右再停爐，用人工或高壓水槍清理脫落 的垢渣和殘垢。由于經(jīng)酸洗后殘留的硬垢往往已有所松動，當鍋爐投入運行后會逐漸地脫落，若不作再次清理極易發(fā)生事故，所以當殘留垢較多時必須加以處理。 (2)鈍化膜 鍋爐清洗表面應形成良好的鈍化保護膜，金屬表面不出現(xiàn)二次浮銹，無點蝕。 (3)腐蝕速度 用腐蝕指示片測量的金屬腐蝕速度的平均值應小于 6g／(m2 h)，且腐蝕總量不大于 72g／ m2。 (4)爐管暢通 清洗后鍋內(nèi)所有的水冷壁管和對流管等爐管都應暢流無阻。如清洗前已堵塞的管子，清洗后仍無法疏通暢流的，應由有修理資格的單位修理更換。 、鍋爐的腐蝕 原理與特征 鐵受水中溶解氧的腐蝕是一種電化學腐蝕，鐵和氧形成腐蝕電池。鐵的電極電位總是比氧的電極電位低，所以在鐵氧腐蝕電池中，鐵是陽極，遭到腐蝕，反應式如下 :Fe→ Fe2++2e, 氧為陰極，進行還原，反應式如下： O2+2H2O+4e → 4OH－在這里溶解氧起陰極去極化作用，是引起鐵腐蝕的因素，這種腐蝕稱為氧腐蝕。 氧腐蝕的特征：氧腐蝕的形態(tài)一般表現(xiàn)為：潰瘍和小孔型的局部腐蝕，其腐 4 蝕的產(chǎn)物表現(xiàn)為黃褐、黑色、磚紅色不等。對金屬的強度破壞非常嚴重。 鐵受到溶解氧腐蝕后產(chǎn)生 Fe2+，它在水中進 行下列反應： Fe2++2 OH－ → Fe (OH )2 Fe (OH ) 2+2H2O+O2 → 4Fe (OH )3 Fe (OH ) 2+2Fe (OH)3 → Fe3O4+4H2O 在上述反應中， Fe (OH ) 2 是不穩(wěn)定的，使反應繼續(xù)往下進行，最終產(chǎn)物主要是 Fe (OH ) 3 和 Fe3O4 腐蝕的部件 ： 氧腐蝕是鍋爐采暖系統(tǒng)常見的一種腐蝕。在運行和停運期間均可發(fā)生。其主要部位，首先是給水系統(tǒng)和省煤器， 而且其腐蝕產(chǎn)物進入受熱面中和循環(huán)水系統(tǒng)中，也會引起其他一些破壞。在系統(tǒng)停運期間由于防護不當，更是如此，不斷造成設備及系統(tǒng)的破壞，其破壞程度越來越大，在金屬表面形成許多小鼓包，鼓包表面的顏色（由黃褐色到硅紅色不等，次層是黑色）。當將這些腐蝕產(chǎn)物清除后，便會出現(xiàn)腐蝕造成的陷坑。 給水中的溶解氧通常是造成熱力設備腐蝕的主要原因，其來源主要由鍋爐給給水或熱力管網(wǎng)返回的的熱水、凝結(jié)水在循環(huán)運行中漏入空氣、汽輪機或凝汽器或凝結(jié)水泵的密封不嚴密等，它可以導致在運行期間和停用期間的氧腐蝕，為防止和減輕鍋爐運行期間的氧腐蝕， 必須對鍋爐給水進行除氧。 、鍋爐的腐蝕 危害及預防措施 鍋爐水質(zhì)不良或停爐保養(yǎng)不當常會引起金屬的腐蝕。鍋爐發(fā)生腐蝕后，不僅使金屬的有效厚度減薄，而且會使金屬內(nèi)部的金相組織遭到破壞，機械性能變差，造成鍋爐的承壓能力降低，使用壽命縮短，以至提前報廢。有的腐蝕會在人們毫無察覺的情況下對設備造成損壞，嚴重時還會發(fā)生爆管事故，有的甚至會引發(fā)鍋爐爆炸等災難性事故。 目前，我們普遍采用軟化法進行給水處理，以防止結(jié)垢，殊不知經(jīng)過軟化的給水腐蝕性還要強于自來水（軟化水腐蝕性： ，自來水腐蝕性： g/）。 因此，防止腐蝕也是保證鍋爐安全運行的重要措施。 工業(yè)鍋爐常見的腐蝕主要有氧腐蝕和垢下腐蝕，其防止的措施主要有： 1） ．搞好給水處理 給水中的溶解氧、鐵離子和過低的 pH 值都會促進鍋爐金屬發(fā)生腐蝕。因此給水應盡量除氧；給水 pH 值應大于 7；對于回收蒸汽冷凝水作給水的，應注意控制鐵離子含量，有時用汽系統(tǒng)剛啟動一段時間，凝結(jié)水中往往就含有黃色鐵銹 5 水，這時應適當排放至含鐵量合格后才能作為鍋爐給水。 2） ．保持鍋水水質(zhì)達到合格 一般來說，鍋水中含鹽量和氯根含量過高， pH 值和堿度過低或過高 都會增加腐蝕。因此，在鍋爐運行中應做到合理排污，維持鍋水一定的 pH 值、堿度及PO43含量，使鍋水水質(zhì)保持合格，不但可防止結(jié)垢，也有利于防腐。 3） ．防止垢下腐蝕 鍋爐受熱面結(jié)垢后，滲入垢下的鍋水會在高溫下極度濃縮，并發(fā)生化學反應，從而產(chǎn)生各種垢下腐蝕，但由于水垢的覆蓋往往難以察覺。因此，鍋爐結(jié)垢后應及時清洗除去。 4） ．使金屬表面形成保護膜 對于新安裝的鍋爐，良好的煮爐效果應能使金屬表面形成完整的鈍化保護膜。而在運行條件下，當鍋水保持合適的 pH 值 (一般為 10～ 12)和一定量的磷酸根及碳酸根時， 也有助于金屬表面形成致密的保護膜，減緩腐蝕。但是如果鍋爐水質(zhì)控制不好，尤其是 pH 值過低或過高，常會破壞保護膜。 5） ．做好停爐保養(yǎng) 不少鍋爐的腐蝕常常是因為停爐保養(yǎng)不當所造成的，而停爐時產(chǎn)生的腐蝕產(chǎn)物又常會在鍋爐運行時進一步加速腐蝕。因此，停爐時必須按規(guī)定要求做好保養(yǎng)工作。 第二章 鍋爐水處理概述 、鍋爐水處理的國內(nèi)外現(xiàn)狀 水質(zhì)中會有較多的有害雜質(zhì)，這種水質(zhì)如果不 經(jīng)任何處理就進入鍋爐，那么水中的雜質(zhì)會在鍋爐中形成水垢或水渣。由于鍋爐是一種熱交換設備，水垢的生成會極大地影響鍋爐的導熱能力（水垢 的導熱系數(shù)是鋼鐵的導熱系數(shù)的數(shù)十分之一到數(shù)百分之一），因此，鍋爐結(jié)垢將導致爐管過熱損壞、燃料浪費、出力降低、消耗化學除垢藥劑、縮短鍋爐使用壽命等。水質(zhì)不良對鍋爐的另一種危害是腐蝕鍋爐金屬，使金屬件破壞，增加水中的結(jié)垢成分，產(chǎn)生垢下腐蝕等。不良的水質(zhì)對鍋爐的危害如此大，因此，對鍋爐給水的處理十分重要。 十年來，在發(fā)達國家，以安全和節(jié)能為發(fā)展戰(zhàn)略的鍋爐水處理技術(shù)獲得長足的進步，許多重大研究成果已轉(zhuǎn)化成一系列技術(shù)標準和法規(guī)。對低壓鍋爐，普遍采取軟化水－阻垢劑以防止結(jié)垢，采用機械除氧器－化學除氧劑（亞硫酸鈉）除氧以 防止腐蝕，采用防腐阻垢法和排污以保持水質(zhì)工況。對中高壓鍋爐，普遍采取去離子水－阻垢劑以防止結(jié)垢，采用機械除氧器－化學除氧劑（亞硫酸鈉或聯(lián)氨）除氧以防止腐蝕，采用防腐阻垢劑法和排污以保持水質(zhì)工況。對更高壓力特別是亞臨界壓力鍋爐，普遍采用全揮發(fā)處理技術(shù)。作為必須的安全措施，采用連續(xù)排污和定期排污以保持鍋爐水質(zhì)和工況。這些技術(shù)使鍋爐的經(jīng)濟安全性大大提高。 我國自改革開放以來，隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展作為工業(yè)心臟的鍋爐的數(shù)量以相當快的速度增加。目前，中國是世界上擁有鍋爐臺數(shù)最多的國家之一。 1998 年度，全國在用鍋爐總臺數(shù) 為 萬臺。其中，蒸汽